In vanadium redox flow battery (VRFB), membranes requiring both high ion-selectivity and proton conductivity are the key factors to increase overall efficiencies and reduce cost. However, due to intrinsic trade-off relation between ion-selectivity and proton conductivity within the membrane, it has been difficult to dramatically increase overall efficiencies and effectively prevent capacity decay caused by multivalent vanadium electrolytes crossover. In this work, we developed silane-based soft glass thin membrane with 100 nm thickness which effectively blocks the crossover of multivalent vanadium electrolytes while allowing for proton transport. Ascribing to the soft glass membrane’s superior capability to exclude vanadium ions and thin thickness, the soft glass composite membrane achieves a coulombic efficiency of 98% at 40 mA cm-2 and a capacity retention of 97% during 5 cycles. It demonstrates that high ion-selectivity and low membrane area resistance of soft glass composite membrane could offer a practical application for VRFB as it overcomes the capacity decay.
바나듐 레독스 흐름전지의 효율을 증가시키고 가격을 절감시키기 위해서는, 높은 이온 선택도와 높은 수소이온 전도도를 동시에 갖는 분리막이 필수적이다. 하지만, 분리막 내부에서 발생하는 물리적인 이온 선택도-전도도 간에 상충관계가 발생하여 전지의 전체적인 효율을 증가시키고 바나듐 활물질 크로스오버로 인한 용량 감소를 개선하기는 어려웠다. 본 연구에서는 오일/물 계면의 완전 젖음 현상을 이용해 100 나노미터 수준의 실란 기반 연질 유리 분리막을 개발하였다. 연질 유리 분리막의 실란 네트워크와 얇은 두께로 인해, 바나듐 활물질 크로스오버는 효과적으로 억제함과 동시에 수소이온 전도가 가능하게 하여 높은 이온 선택도를 달성하였다. 연질 유리 분리막을 통해 전지 구동 시, 낮은 전류밀도에서 바나듐 크로스오버를 효과적으로 방지하고 높은 방전용량을 유지하는 성능을 나타냈으며 이를 바나듐 레독스 흐름 전지의 이온 선택성 막으로써 제시한다.
